【正文】 K ? 1K ? = 3eRA? （ ） 1 1 1 2 3 4eLA b b b b? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ ） 式中 1? ， ?? ， ?? ， ?? ——折減系數(shù)， 1? = ?? =1， ?? = ?? =； 1b ， 2b ， 3b ， 4b ——浮船內(nèi)邊緣板，船艙頂板，浮船外邊緣板，船艙底板的高度， m； 1? ， ?? ， ?? ， ?? ——浮船內(nèi)邊緣板，船艙頂板，浮船外邊緣板，船艙底板的厚度， m； L? ——浮船上加強圈的截面積， m2.。 將已知的數(shù)據(jù)代入（ ）和（ ）得到： 1K = 榆林學院本科畢業(yè)設計 19 將 1K = 代入 （ ）得到 342 1 1 )0 .3 9 1 1 0 (e K D?? ? ? = = 將 e= 代入（ ）得到 q，并將 q 代入（ ）得到 2T ： 2T =47 再求得 0T 和 1TΔ 分別為 和 最終 結(jié)果 ： 0T + 1TΔ + 2T +Δ = 3b 符合要求渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設計 20 5 油罐的抗風設計 浮頂油罐的設計風壓 對于浮頂油罐，設計風壓可按下式計算： P=K1K2Kzw0 （ ） 式中 P——設計風壓， Pa； K1——體形系數(shù)，可取 K1=； K2——轉(zhuǎn)換系數(shù)，可取 K2=； Kz——高度變化系數(shù)，見下表； w0——標準風壓， Pa。 表 風壓高度變化系數(shù) Kz 離地面或海面高度（ m） Kz 陸地上 海面上 ≦ 5 10 15 20 30 40 對于內(nèi)浮頂油罐，即無風力引起的負壓，也無需設呼吸閥，故設計可按下式計算： P=K2Kzw0 （ ） 抗風圈的設計和計算 抗風圈所需最小截面系數(shù) Wz可按下式計算： Wz= （ ） 式中 D——油罐內(nèi)徑， m； H——罐壁全高， m； Wz——抗風圈所需最小截面系數(shù)， m3。 抗風圈與罐壁連接處上下 16 倍壁板厚度范圍內(nèi)可以認為能與抗風圈同時工作，因而在計算抗風圈的實際截面時應計入此部分面積。 在抗風圈的組合截面中所使用的角鋼，一般來說最小尺寸為 63mm6 mm，所使用的鋼板最小厚度為 5mm。 榆林學院本科畢業(yè)設計 21 加強圈的設計方法 SH 3046—1992 加強圈的設計方法 in16000EP c r D D H?? （ ） E eiHH?? （ ） ()ei iHh i?? ? （ ） 式中 crP ——罐壁臨界壓力， Pa； min? ——罐壁最薄壁板厚度， mm； D——油罐內(nèi)徑， m； HE——當量高度， m eiH ——第 i 圈壁板的當量高度， m；對于浮頂罐，頂圈壁板只計入抗風圈以下的部分； ih ——第 i 圈壁板的實際高度， m；對于浮頂罐，只計入抗風圈以下部分； i? ——第 i 圈壁板的規(guī)格高度。 加強圈的數(shù)量計算公式： crP ≧ oP （ ） n=INT（ oP / crP ） （ ） 式中 n——加強圈的數(shù)量，取整數(shù)； INT——取整數(shù)運算。 設有加強圈的罐壁，沿高度方向倍分割成（ n+1）段。每一段的罐壁的高度應按下式計算： 1Ee HL n? ? （ ） 式中 eL ——設置加強圈后，每段筒體的當量高度， m。 加強圈的最小截面尺寸應符合下 表 ： 表 加強圈的最小截面尺寸 儲罐內(nèi)徑 D（ m） 加強圈最小截面尺寸（ m） D≤20 ＜ 100638 20＜ D≤36 ＜ 125808 36＜ D≤48 ＜ 16010010 D＞ 48 ＜ 20012512 加強圈與罐壁的連接應使用角鋼的長肢保持水平，短肢朝下，長肢端與罐壁相焊。渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設計 22 上面采用連續(xù)角焊，下面采用間斷焊，加強圈本身的接頭應熔通。 將數(shù)據(jù)帶入上述公式進行計算得： P=350=1429Pa； Pcr= ED DH?=16000247。247。= n=INT（ 1429/1266） =2 故需設 2 個加強圈。 第一個加強圈：在當量筒體上離抗風圈 HE/3 處； HE/3=247。3=（ m） . 第二個加強圈：在當量筒體上，離抗風圈 2/3 HE處； 2247。3=（ m），需折算，其距抗風圈得實際距離為： 5+（ ） （ 15247。12） =（ m） 加強圈尺寸，參照上面的 表，取加強圈角鋼為 200mm125mm12mm。 榆林學院本科畢業(yè)設計 23 6 石油儲罐設計的幾個問題 石油儲罐的焊接問題 先分析罐壁與罐底的受力情況。常壓下操作的儲罐裝滿儲液后，儲罐所受內(nèi)壓力只有液體靜壓力，該壓力沿罐壁由上而下逐漸增大，該內(nèi)壓使罐壁產(chǎn)生環(huán)向應力與變形，在罐壁底部周向應力減少，但使罐壁產(chǎn)生彎曲應力。由于罐壁的徑向剛度小，該邊緣應力的作用范圍小，其值亦遠小于環(huán)向應力值。罐底板中間部分相當于一個鋪在彈性基礎上的薄板，承受上方液體的壓力和基礎支撐力，一般基礎均勻下沉時，底板中間的受力是最小的。但是邊緣板外 端翹起變形，罐壁的垂直剛度大，約束了邊緣板的外翹，使邊緣板受到了約束彎矩。同時，罐壁周向變形受到罐底板約束而對罐底邊緣板產(chǎn)生反作用，又使邊緣板受到一個徑向彎矩。 由此可見，罐底邊緣板受力復雜，且計算應力值較高。特別是在罐壁與罐底的角焊縫處，應力值較大，且該值不是定值，它隨液位變化而變，雖然頻率很低，但應力值很高，如果這一區(qū)域存在裂紋，容易產(chǎn)生斷裂事故。這就要求焊縫盡量避免，產(chǎn)生各種缺陷，另一方面要具有較高的沖擊韌性。 在設計中，罐體如選用 Q235—A 鋼板，焊縫結(jié)構(gòu)按 “設計規(guī)范 ”和 “施工及驗收規(guī)范 ”設計，對于邊緣板和邊緣板之間，邊緣板與壁板之間，邊緣板與中幅板之間的焊縫選用 FA316 焊條，其他焊縫選用 E4303 焊條。 E4303 焊條熔敷金屬氫和氧的含量較低，減輕了產(chǎn)生裂紋的傾向，熔敷金屬的沖擊韌性大大提高。而且，罐壁板與邊緣板間的角焊縫要求焊接 34 遍成型，其它焊縫要求 23 遍成型。這樣，整個焊縫熔敷金屬均為晶狀組織，后一次焊接過程是前一次的退火，提高了焊縫的機械性能。而且焊接順序是要避免形成大的約束，以避免產(chǎn)生焊接應力和裂紋 [14]。 石油儲罐的抗震設計 目前，在計算儲油罐地震作用時，都假設儲 罐固定在基礎上，作一端固定的懸臂結(jié)構(gòu)考慮，假設一個單自由度體系，如圖 l 所示，鞏為儲液參與殼壁相對變形的等價質(zhì)量，Hf為其高度。 經(jīng)計算可知，其底剪力 Q 和基底彎矩 M為： Q=gm1a1 （ ） M=gm1Hfδ1 （ ） 其中 a1為對于儲液罐耦聯(lián)震振動的地震影響系數(shù)， g 為重力加速度。 a1=β1k（ k 為地震系數(shù)， β1為罐液耦聯(lián)振動的 地震動力系數(shù)） 其中 m1與全部儲液質(zhì)量 m 之比例 Hf與全部儲液高度 H 之比見表 渭南罐區(qū) 100000m3原油儲罐設計 24 表 質(zhì)量高度比例表 項目 \容積 1,000 2,000 ,3,000 5,000 1,0000 2,0000 3,0000 5,0000 Hf/H m1/m 式 （ 6—1） 和式 （ 6—2） 近似滿足工程要求，但是以上分析是假設罐體一與基礎固定，而且儲 罐在地震時不出現(xiàn)環(huán)向多波振動，只出現(xiàn)環(huán)向一個波的梁式振動。實際上常壓立式儲罐是浮擱在環(huán)墻基礎土，墻內(nèi)填沙層，顯然儲罐并不固定在基礎上，地震時罐體出現(xiàn)明顯的翹離。此外在模型試驗以及國外試驗中，罐壁明顯出現(xiàn)環(huán)向多波的殼體振動。罐體翹離屬于非線性振動邊界條件，目前還沒有理淪上解決，為了求得浮放情況下作用在儲罐上的地震力，只能通過試驗來探索。試驗結(jié)果表明 :綜合晃動及藕聯(lián)振動效應，罐壁彈性變形，環(huán)向多波效應，罐底翹離以及基礎影響等因素，儲液所受的動液壓力約為剛性壁動液壓力的 2 倍。由于剛性壁對應的加速度為地面加速度，所 以 2 倍意味著動力系數(shù)為 2。所以在工程中，考慮上述因素，給出儲罐底面地震剪力為Qn=Ca1Ym1g=CβkYmfg 及地震彎矩 Mf=HfQn 其中 β為動力系數(shù)，已由實試驗結(jié)果定為 β=2. K 為地震系數(shù)； g 為重力加速度。 Y為罐體影響系數(shù)，定為 Y=，以補償因罐體質(zhì)量引起的慣性力。 C 為綜合影響系數(shù)。 考慮到強震的不確定性，國內(nèi)外結(jié)構(gòu)抗震設計規(guī)范中都規(guī)定結(jié)構(gòu)在強震作用下允許出現(xiàn)塑性變形或一定的損壞，因此，在設計中引入 C。而模型試驗表明，雖然浮放罐動液壓力為剛性罐壁動液壓 力的 2 倍，但你 n=1 的梁式振動分量約占 30﹪ 50﹪，因此計算的地震力不宜小于 n=1 的分量。即 CβY=1 有了剪力 Q 和彎矩 M，就可以用梁的公式。 σ1=Qr/δ和 σ2=M/a2δ求出罐壁環(huán)向內(nèi)力和軸向內(nèi)力。其中 a 為油罐等效厚度，與約在油罐 1/3 高度處壁厚接近 a 為儲油罐半徑。算出內(nèi)力以后，需要校核儲罐的強度及罐壁的屈曲穩(wěn)定性，試驗證實對于儲罐抗震關(guān)鍵的問題 —罐體失穩(wěn)問題是由梁式振動分量控制的。而內(nèi)力的梁式解和精確解 (時程曲成積分 )差別不大，因此只考慮梁式振動還是合適的。校核的主要項目是罐壁的環(huán)向拉應力和罐壁底部 的失穩(wěn)。現(xiàn)行的鋼制焊接油罐設計規(guī)定中強度計算許用應力為[σ]=a/，其中。、為屈服強度。油罐抗震驗算的主要部位是罐壁及其一與底部邊緣板的貼角部分。地震時動液壓力是正弦分布的，控制設計的最大值作用在局部區(qū)域，因此動液壓力引起的環(huán)向應力是局部薄膜應力，可控制其許用應力（ Pl） =[δ]，即（ Pl） =σy。而油罐底部邊緣板與罐壁貼角處的應力為二次應力，其許用應力值為 2σ0，在傾覆力矩和油罐自重作用于罐壁時，會使罐壁一側(cè)產(chǎn)生拉應力，另一側(cè)產(chǎn)生壓應力。當壓力達到榆林學院本科畢業(yè)設計 25 一定值時，罐體將產(chǎn)生失穩(wěn)。目前各國規(guī)范還只驗證 罐壁底部的失穩(wěn)。中國規(guī)定的許用應力標準分為兩種，對于新設計的儲油罐， [σ3]= 石油儲罐的防腐設計 罐內(nèi)儲存的成品油對內(nèi)壁并不腐蝕，只是由于油品中常含有水份和氧等物質(zhì)，會造成內(nèi)壁腐蝕。 我們用聚氨醋漆作為內(nèi)壁防腐層，同時也亦注意保護油品不受污染。罐外壁主要是大氣腐蝕，對罐外表防腐層不僅要求與罐壁結(jié)合牢固，而且要耐老化。涂層底漆用環(huán)氧富鋅漆，中層為環(huán)氧云鐵防銹漆，面漆用氯化橡膠面漆。罐底板放在基礎上，底板下鋪100mm 的瀝青絕緣層，當基礎嚴重凹陷時，很容易積水，特別是罐底周邊，被滲人 的雨水腐蝕。而底板的施工一般是先將底面涂防腐層再施焊。焊時常把附近的防腐層燒掉。為了彌補這一不足，用環(huán)氧富鋅漆作為底板底面涂料，涂兩層